DE2061622A1

DE2061622A1 - Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE2061622A1
Application number: DE19702061622
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Kiehnle
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1970-12-15
Filing date: 1970-12-15
Publication date: 1972-07-06

Description

Verbrennungskraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Zündwilligkeit und des Verbrennungsablaufes des Gasgemisches von Verbrennungskraftmaschinen.
Maßnahmen@an Verbrennungsmotoren zur Verbesserung der Zündwilligkeit und des Verbrennungsablaufes des Gasgemisches sind bereits bekannt. Dazu zählen eine konstruktiv günstige Ausgestaltung des Verbrennungsraumes, z. B. die Anordnung einer Wirbelkammer, bei der ein zylindrischer oder kugeliger Raum vom Hauptraum abgetrennt und mit einer ziemlich weiten Uberströmöffnung zum IIauptraum versehen ist, die so angeordnet ist, daß bei Einströmung der Luft in diesen Raum ein Wirbel sehr hoher Drehzahl entsteht.
Während des Verdichtungschubes wird dabei die gesamte Luftmenge in die Wirbelkammer übergeschoben, in welche die Einspritzur.g des Brennstoffes erfolgt. Es ist auch die Anordnung einer vom Hauptbrennraum getrennten Vorkammer bekannt, wobei zwischen der Vorkammer und dem Hauptbrennraum eine oder mehrere enge Öffnungen angebracht sind, gegen die der Kraftstoffstrahl von der Innen-seite der Kammer ge;pritzt; wird. Es ind auch sogenannte Luftspeichermotoren bekannt, bei denen ein von dem Ilauptbrennraum abgeteilter Raum vorhanden ist, der mit einer düsenartigen Mündung mit dem Hauptbrennraum in Verbindung tebit. 3ei den mit einem Luftspeicher versehenen Motoren wird der Kraftstoff entweder unmittelbar in den Luft speicher oder nur in den Hauptvorbrennungsrauin eingespritzt. Dabei tritt die beim Verdichtunjvshub in den Luft speicher eingetretene Luft beim Expansionshub in dem Maße wieder in den Hauptbrennraum aus, wie der Druck abfällt, wodurch die Verbrennung aufrechterhalten wird. Die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens ist unbefriedigend und die Leistung dieses Motors entsprechend gering, weil die Verbrennung des in dem Luftspeicher enthaltenen Sauerstoffanteils sehr spät, also mit schlechtem Wirkungsgrad, erfolgt.
Es ist zur Verbesserung der Zündwilligkeit und des Verbrennungsablaufes bei Motoren auch bekannt, die angesaugte Verbrennungs luft mittels Glühstiften o. dgl. vorzuwärmen oder das Ansauggemisch an heißen Motorteilen vorbeizuleiten.
Alle vorgeschlagenen Verfahren zur Verbesserung der Zündwilligkeit und des Verbrennungsablaufes haben entweder den Nachteil einer aufwendigen und störanfälligen Konstruktion der Motoren oder es müssen eine verminderte Zündwilligkeit bzw. Störungen im Verbrennungsablauf und ein damit verbundener Leistungsverlust bzw. ein hoher CO- und NO-Gehalt im Abgas, hohe Verbrennur.gstemperaturen, die eine bestimmte teuere Materialauswahl zur Polige haben, usw. in Kauf genommen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Verbrennungskraftmaschinen zu vermeiden und ein Verfahren zu schaffen, durch welches die Zündwilligkeit und der Verbrennungsablauf des Gasgemisches verbessert werden. Die neue Verbrennungskraftmaschine soll sich außerdem durch eine einfache Konstrukt@ sowie durch die Verwendung preiswerter, @@rkommlicher Materialien ausziechnen.
Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß dem hnsauggemisch wahrend des Ansaughubes ein wWhrend des Expansionshubes vom Verbrennungsgas abgezweigtes, vorgewärmtes Abgas oder ein wahrend des Kompressionshubes vom Frischgasgemisch abgezweigtes, teilweise vorgewärmtes Gasgemisch zugeführt wird. Es ergeben sich durch diese Maßnahmen bei einem vernachlässigbaren kleinen Leistungsverlust die wesentlichen Vorteile, daß bei gleicher Leistung die Endverbrennungstemperatur herabgesetzt wird, so daß die herkömmlichen Materialien für die Erstellung des Zylinderblocks, des Zylinderkopfes sowie des Murbeltriebes Verwendung finden können, ferner daß eine bessere Zündwilligkeit bei kalter Außentemperatur erreicht wird, da das knsauggemisch durch das während des Expansionshubes abgezweigte, vorgewärmte Abgas, bzw.
während des Kompressionshubes vom Frischgasgemisch abgezweigte und beim nächsten Verbrennungsablauf vorgewärmte Gasgemisch aufgewärmt wird. Ferner werden durch eine bessere Verbrennung der CO-Gehalt und NO-Gehalt im Abgas wesentlich herabgesetzt, so daß die insbesondere beim Starten bzw. von leerlaufenden Motoren hervorgerufene Vergiftungsgefahr herabgesetzt werden kann.
Zur Ausführung des Verfahrens kann in vorteilhafter Weise eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen sein, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Speicherraum zur Aufnahme des abgezweigten Abgases oder Frischgasgemisches vorgesehen ist, der mit dem Zylinderraum über eine durch ein Ventil verschließbare Öffnung in unmittelbarer Verbindung steht. Der Speicherraum kann im Zylinderblock oder im Zylinderkopf seitlich am Zylinder angeordnet sein, so daß eine tangentiale Einströmung des gespeicherten Gases in den Zylinderraum erfolgen kann. Hierdurch ergibt sich im Verbrennungs raum eine Wirbelbildung, die zu einer besonders guten Aufbereitung d Durchwärmung des eingespritzten Kraftstoffes bzw. angesaugten Frischgemisches führt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung kann der Spreicherraum kugel- oder nierenförmig ausgebildet sein, und das Volumen des Verbrennungsraumes kann sich zum Volumen des Luftspeicherraumes etwa wie 10 : 1 verhalten. Die Restabgaswärme muß zumindest die Verdampfungswärme für den Kraftstoffnebel aufbringen.
Zweckmäßig ist es, wenn das Ventil im Arbeitsraum der Verbrauchskraftmaschine angeordnet ist und kurz vor dem unteren Totpunkt des Arbeitskolbens wahrend des Ans aug- und Expansionshubes für einige Grade Kurbelwinkel öffnet und dann wieder schließt, oder daß das Ventil kurz nach dem oberen Totpunkt des Arbeitskolbens während des Saughubes öffnet und nach einem Teil des Kompressionshubes schließt. Das Ventil kann von einem Nocken der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine gesteuert werden. Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn das Ventil von einem über den Zündverteiler drehzahlabhängig gesteuerten Magneten betätigt wird. Die drehzahlabhängige Steuerung hat den Vorteil, daß der Magnet bei einer bestimmten hohen Drehzahl abgeschaltet werden kann und z. B. bei einer Autobahnfahrt, bei Beschleunigungen, bzw. bei Bergfahrten mit kleinem Gang, die volle Motorleistung zur Verfügung steht.
Bei einem Motor mit mehreren Zylindern kann es zweckmäßig sein, wenn mindestens'ein Zylinder oder alle Zylinder mit dem durch das steuerbare Ventil verschließbaren Speicherraum versehen sind.
Der Gegenstand der Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es ze'tgen: Fig. 1 einen schematisch dargestellten Zylinder der Verbrennungskraftmaschine im Längsschnitt, Fig. 2 den Zylinder gemäß der Fig. 1 schematisch im Grundriß, Fig. 3 ein pv-Diagramm, in dem die Öffnungs- und Schließzeiten des Ventile dargestellt sind.
In Fig. 1 ißt der Zylinder 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Der Zylinderraum 2 wird nach unten durch den Arbeitskolben 3 und nach oben durch die Mulde 4 im Zylinderkopf 5 abgeschlossen. Durch den Ansaugkanal 6 wird bei geöffnetem Einlaßventil 7 je nach der Gattung des Verbrennungsmotors (Otto-bzw. Dieselmotor) das Frischgasgemisch bzw die Ansaugluft in den Zylinder 2 eingelassen. Nach der Verbrennung wird das verbrannte Abgas durch die Abgasleitung 8 bei geöffnetem Auslaßventil 9 auageschoben. Wie aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, befindet sich seitlich vom Zylinder 1 ein nierenförmig ausgebildeter Speicherraum 10, der über die Öffnung 11 mit dem Zylinderraum 2 in Verbindung steht. Der nierenförmige Speicherraum 10 ist durch das Ventil 12 gegenüber dem Zylinderraum 2 abgeachlossen. Die Volumnina von dem als Verbrennungsraum dienenden Zylinderraum 2 zum Speicherraum '10 verhalten sich twa wie 10 t 1. Das Ventil 12 wird von einem über den Zündverteiler des Verbrennungsmotores drehzahlabhängig gesteuerten Magneten 13 betätigt. Der vom Zündverteiler gesteuerte Magnet 13 wird oberhalb einer bestimmten Drehzahl abgeschaltetw so daß z. B. bei schneller Autobahnfahrt die volle Teilt @g des Motors vorhanden ist. Bei einem Mehrzylindermotor könne entweder alle Zylinder Sit einem erfindungsgemäi3en Speicher 10 der aber nur mindestens ein Zylinder mit dem Speioherra 10 ausgerüstet sein. Es wäre auch denkbar, das Ventil 12 vom einem Nocken der Nockenwelle des Verbrennungsmotors zu steuern.
In der Fig 3 ist der Verbrennungsablauf in einem pv-Diagramm dargestellt. Das Ventil öffnet im Expansionshub 14 kurz vor dem unteren Totpunkt im Punkt 15 und schließt nach einigen Graden Kurbelwinkel im Punkt 16, wobei der Druck infolge des sich vergrößernden Raumes etwas abfällt. Der in dem nierenförmigen Speicherraum 10 gespeicherte heiße Abgases wird der kalten Ansaugluft im Ansaughub 17 zugegeben, indem das Ventil 12 im Punkt 18 für einige Grade Kurbelwinkel z.B. 390 KW, öffnet und im Punkt 19 wieder schließt. Das heiße Abgas strömt dabei tangential in den Raum 2 ein, so daß sich infolge des Dralls eine gute Durchmischung der Ansaugluft mit dem heißen Abgasrest ergibt und die kalte Ansaugluft vorgewärmt wird. Dabei findet eine geringe Druckerhöhung statt, die, um den Vorgang zu verdeutlichen, in der Fig. 3 nicht maßstäblich eingezeichnet ist.
Es ist auch denkbar, daß zur Verbesserung der Zündwilligkeit des angesaugten Frischgemisches bzw, zur Verbesserung des Verbrennungsablaufes das Ventil 12 während eines bestimmten Teiles des Kompressionshubes geöffnet ist, z. B. von UT bis zu dem durch den Kreis 20 markierten Punkt der Kompressionsadiabaten, so daß vorverdichtetes, erwärmtes Prischgemisch in dem Speicherraum gespeichert wird, das beim Ansaughub nach der Öffnung des Ventiles 12 im Punkt 21 dem angesaugten Frischgemisch wieder zugeführt wird, wobei entsprechend der gestrichelt eingezeichneten Linie 22 eine geringe Druckerhöhung stattfindet.

Claims

Patent- und Schutzansprüche

1. Verfahren zur Verbesserung der Zündwilligkeit und des Verbrennungsablaufes des Gasgemisches bei Verbrennungskraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ansauggemisch während des Ansaughubes ein während des Expansionshubes vom Verbrennungsgas abgezweigtes, vorgewarmtes Abgas oder ein während des Kompressionshubes vom Frischgasgemisch abgezweigtes, teilweise vorgewärmtes Gasgemisch zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicherraum (10) zur Aufnahme des abgezweigten Abgases oder Frischgasgemisches vorgesehen ist, der mit dem Zylinderraum (2) über eine durch ein Ventil (12) verschließbare Öffnung (11) in unmittelbarer Verbindung steht.

3.Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (10) im Zylinderblock oder im Zylinderkalf (5) seitlich am Zylinder (i) angeordnet ist, so daß eine tangentiale Einströmung des gespeicherten Gases in den Zylinderraum (2) erfolgten kann.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherraum (10) kugel- oder nierenförmig ausgebildet ist und sich das Volumen des zur Verbrennung dienenden Zylinderraumes (2) zum Volumen des Speicherraumes (10) etwa wie 10:1 verhält.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (12) im Arbeitsraum der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist und kurz vor dem unteren Totpunkt des Arbeitskolbens wahrend des Ansaug- und Expansionshubes für ca. 300 KW öffnet und dann wieder schließt oder daß das Ventil kurz nach dem oberen Totpunkt des Arbeitskolbens während des Saughubes öffnet und nach einem Teil des Kompressionshubes schließt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (12) von einem Nocken der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine gesteuert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (12) von einem über den Zündverteiler drehzahlabhängig gesteuerten Magneten (13) betätigt wird,

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Zündverteiler gesteuerte Magnet (13) oberhalb einer bestimmten hohen Drehzahl abgeßchaltet ist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Motor mit mehreren Zylindern mindestens ein Zylinder oder alle Zylinder mit dem durch das steuerbare Ventil verschlossenen Speicherraum versehen sind.